Die Erfindung betrifft ein OCDM-System.
OCDM basiert auf spektraler Kodierung von breitbandigen optischen
Quellen; OCDM = Optical Code Division Multiplex, u.a. auch als OCDMA
bezeichnet, OCDMA=Optical Code Division Multiple Access. Das Licht
einer mit zu übertragenden Daten modulierten LED wird beispielsweise
durch ein optisches Filter geleitet und auf diese Weise kodiert; LED=Light
Emitting Diode. Mehrere dieser LED und optische Filter Kombinationen
werden auf der Sendeseite z.B. über einen optischen Koppler mit einem
EDFA verbunden, der mit einer optischen Glasfaserleitung verbunden ist;
EDFA=Erbium Doped Fibre Amplifier. Auf diese Art und Weise werden
unterschiedlich kodierte optische Signale generiert, die gemeinsam verstärkt
über die Glasfaser übertragen werden. Über optische Splitter kann eine
Übertragung zu mehreren Empfangsseiten erfolgen. Jede Empfangsseite
beinhaltet beispielsweise einen differentiellen Empfänger mit einem
entsprechenden optischen Filter zur Dekodierung der für die Empfangsseite
bestimmten optischen Signale.
Ein optisches Filter ist beispielsweise als Mach-Zehnder-Filter ausgeführt. Im
Mach-Zehnder-Filter wird das empfangene OCDM-Signal über zwei Pfade
weitergeleitet, die komplementäre Übertragungsfunktionen aufweisen. Das
Mach-Zehnder-Filter kann sowohl zur Kodierung als auch zur Dekodierung
von OCDM-Signalen verwendet werden.
Auf der Sendeseite wird z.B. pro optischem Übertragungskanal ein
optisches Filter verwendet. Die optischen Filter müssen gegeneinander gut
verstimmt sein, um z.B. ein Übersprechen zu reduzieren. Auf der
Empfangsseite wird z.B. ein optisches Filter verwendet, das auf den
optischen Übertragungskanal abgestimmt wird, der für die Empfangsseite
vorgesehen ist. Die optischen Filter auf der Empfangsseite sind auf die
optischen Filter auf der Sendeseite abgestimmt.
Die maximale Anzahl der gleichzeitig aktiven optischen Kanäle ist limitiert
durch das optische Rauschen, welches aus Fluktuationen und Interferenzen
von optischen Feldvektoren verschiedener Quellen herrührt. Idealerweise
werden optische Pakete nur dann ausgesandt, wenn sie Nutzinformationen
übertragen sollen. In diesem Fall ist die Wahrscheinlichkeit des zeitgleichen
Eintreffens zweier unterschiedlicher optischer Pakete an einem Empfänger
sehr gering, was zur Folge hat, dass geringe Störungen auftreten.
Eine Möglichkeit Störungen gering zu halten ist die Verwendung des
sogenannten MAC-Protokolls, MAC = Medium Access Control. Mittels des
MAC-Protokolls wird die Anzahl der gleichzeitig aktiven optischen Kanäle
gesteuert. Dadurch wird weitgehend verhindert, dass optische Pakete an
den optischen Empfängern zeitgleich eintreffen. Auf diese Art und Weise
wird die System-Performance erhöht und der Pegel des optischen
Rauschens im System reduziert. Allerdings erfordert das MAC-Protokoll eine
recht komplizierte Kommunikation zwischen optischen Sendern und
Empfängern. Zudem wird zumeist der mögliche Datendurchsatz vermindert.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein OCDM-System bereitzustellen,
welches auf einfache Art und Weise Störungen im System minimiert und
den Datendurchsatz maximiert.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein OCDM-System gemäß Anspruch 1.
Das erfindungsgemäße OCDM-System zeichnet sich insbesondere dadurch
aus, dass die Senderate von in optischen Kanälen auszusendenden
optischen Paketen für unterschiedliche optische Knoten des OCDM-Systems
unterschiedlich ist.
Die Erfindung ist auf jede Netzwerktopologie anwendbar. Das OCDM-System
ist beispielsweise ausgestaltet als Ringnetz, Sternnetz, Baumnetz.
Die Knoten des OCDM-Systems sind beispielsweise ausgestaltet als
Add/Drop-Multiplexer oder Cross-Connect. Die Knoten können sowohl als
rein optische als auch opto-elektrische ausgeführt sein. Ein Knoten hat
beispielsweise einen oder zwei Nachbarknoten mit denen er über optische
Leitungen verbunden ist. Zum Empfang von optischen Signalen beinhaltet
ein Knoten einen optischen Empfänger, zwecks Aussendung von optischen
Signalen einen optischen Sender.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit verschiedenen
Varianten unter Zuhilfenahme einer Figur erläutert.
Die Figur zeigt eine bildliche Darstellung der Verteilung von gesendeten
optischen Paketen über die Zeit für vier optische Kanäle.
Jedem Knoten eines OCDM-Systems ist beispielsweise ein optischer Kanal
zugeordnet. Zudem erfolgt eine Zuordnung der Senderaten von in den
optischen Kanälen auszusendenden optischen Paketen. Die Senderate ist
die Paketrate, nicht die Bitrate. In den optischen Paketen werden
Nutzinformationen, z.B. Internetdaten, Telefonsignale, breitbandige TV-Signale
kodiert übertragen. Die Kodierung erfolgt durch optische Filter.
Dem ersten Knoten ist beispielsweise der optische Kanal #1 und die
Senderate 1/T1 zugeordnet. Die Zuordnung der Senderate erfolgt z.B. durch
Übermittlung einer individuellen Frequenz zum Knoten. Dem zweiten
Knoten ist beispielsweise der optische Kanal #2 und die Senderate 1/T2
zugeordnet. Dem dritten Knoten ist beispielsweise der optische Kanal #3
und die Senderate 1/T3 zugeordnet. Dem ersten Knoten ist beispielsweise
der optische Kanal #4 und die Senderate 1/T4 zugeordnet. Die Frequenzen
für die einzelnen Knoten und somit ihre Senderaten unterscheiden sich
voneinander. Auf Grund dessen ist auf der Empfangsseite die Zeitspanne -
das sogenannte guard band - zwischen zwei empfangenen optischen
Paketen eines Knotens verschieden von der Zeitspanne zwischen zwei
empfangenen optischen Paketen eines jeden anderen Knotens.
Infolgedessen ist in Mehrkanalsystemen das Auftreten von Interferenzen
minimiert und ist im Mittel nahezu konstant.
Die optimierte Wahl der Senderaten ergibt sich aus einem Algorithmus, der
die Anzahl der zu verwendenden optischen Kanäle, die Kanalkapazität und
die Länge der optischen Pakete berücksichtigt; ggf. werden sich im Betrieb
variierende Längen berücksichtigt.
Die erfinderische Idee ist unabhängig von der lokalen Position von Sendern
und Empfängern im Netzwerk und den Laufzeitunterschieden. Somit ist sie
unabhängig von der Netzwerktopologie.
Die Senderaten werden in vorteilhafter Weise so gewählt, dass sie im
oberen kHz-Bereich liegen oder darüber. Damit werden inhärent temporäre
Variationen in der Verstärkung von eingesetzten optischen Verstärkern
minimiert sowie eine Stabilisierung des Tunings im optischen Empfangsfilter
unterstützt.
Die Senderaten können in vorteilhafter Weise zumindest in folgenden drei
Arten so gewählt, dass sich im Empfangsbereich die optischen Pakete
möglichst nicht überlappen bzw. die Wahrscheinlichkeit eines solchen
Überlappens minimiert wird:
Bei einer ersten Variante wird für jeden Knoten eine feste Senderate
vorgegeben. Die Senderaten unterscheiden sich im Verhältnis zueinander
z.B. wie Primzahlen. Dadurch ist die Möglichkeit des Überlappens
minimiert. Eine relative Phasenjustierung und eine feine Regelung sind nicht
nötig.
Bei einer zweiten Variante ist in jedem Knoten ein Zufallsgenerator
vorgesehen. Die Sendezeitpunkte werden zufällig bestimmt. Der
Zufallsgenerator kann z.B. in jedem Knoten aus einem unterschiedlichen
Pool von Zahlen Sendezeitpunkte generieren. Dadurch ergibt sich eine
unterschiedliche mittlere Senderate für jeden Knoten.
Bei einer dritten Variante überprüft jeder Knoten vor dem Aussenden von
optischen Paketen selbständig, ob die optische Leitung frei oder belegt ist,
d.h. ob optische Pakete vom Knoten ausgesendet werden können ohne
dass diese mit anderen optischen Paketen überlappen. Es wird ein freier
Zeitschlitz abgewartet, in dem ein zu übertragendes optisches Paket
ausgesandt wird. Dabei wird z.B. für jeden Knoten eine maximale
Senderate vorgegeben, um ein Blockieren des Systems durch einen Knoten
zu unterbinden.
Ein erfindungsgemäßes System ist beispielhaft wie folgt aufgebaut:
Das OCDM-System beinhaltet mindestens zwei Knoten, die über optische
Leitungen miteinander verbunden sind, wobei mindestens zwei Knoten
unterschiedliche Senderaten zur Aussendung von optischen Paketen
zugeordnet sind. Das System ist topologieunabhängig und kann mit unioder
bidirektionalen Verbindungen ausgeführt sein sowie mit oder ohne
Reserveleitungen für Ersatzschaltungen. Die Anzahl der Knoten hat z.B.
einen Wert zwischen zwei und eintausend.
Das OCDM-System ist in vorteilhafter Weise dadurch gekennzeichnet, dass
ein zentraler Knoten oder ein Netzwerkmanagement vorgesehen ist, der
bzw. das einen Prozessor mit einem speziellen Computerprogramm
aufweist, zwecks Steuerung der Zuordnung von Senderaten zu Knoten. Der
Prozessor ist z.B. als Digitaler Signalprozessor oder Mikroprozessor
ausgeführt oder ist Teil des Netzwerkmanagement-Rechners bzw. -Servers.
Das Computerprogramm ist z.B. in Programmiersprache C++ ausgeführt.
Der Algorithmus sieht z.B. vor bei der Initialisierung des Systems
individuellen Knoten individuelle Senderaten zuzuweisen. Die Vergabe
erfolgt z.B. über eine temporäre Punkt-zu-Punkt Verbindung zu und
Kommunikation mit jedem einzelnen Knoten. Die Übersicht über alle
zugeordneten Senderaten wird z.B. zentral im Netzwerkmanagement
gespeichert und ggf. zusätzlich allen Knoten zur lokalen Speicherung
übermittelt. Alternativ zur zentralen Steuerung und Vergabe kann auch
gleich bei der Installation der Knoten jedem Knoten eine individuelle
Senderate zugeordnet werden, z.B. durch lokale Programmierung. Vorteil
ist, dass das System mittels plug and play funktioniert und ohne zentrale
Steuerung. In dieser Variante wären dann aber die Senderaten fest
vergeben. Alternativ könnte eine dynamische Vergabe der Senderaten
erfolgen, die von Verbindung zu Verbindung geändert werden kann und für
die Dauer einer aktiven Übertragung von Informationen erfolgt.
Es ist nicht zwingend, dass allen Knoten oder allen optischen Kanälen eine
andere Senderate zugewiesen wird. Die Anzahl der Senderaten kann z.B.
auch niedriger sein als die Anzahl von optischen Kanälen. Zwei Knoten
können z.B. zwei unterschiedliche optische Kanäle aber identische
Senderaten zugeordnet sein. Es ist für jedes individuelle System eine
optimierte Verteilung von Senderaten angepasst an Topologie, Anzahl
optischer Kanäle, etc. vorteilhaft.
Eine Erweiterung des System ist auf einfache Art und Weise durch
Hinzuschaltung eines zusätzlichen Knoten möglich. Dem Knoten wird z.B.
ein zusätzlicher optische Kanal und eine zusätzliche Senderate zugewiesen.
Im OCDM-System ist z.B. mindestens ein Knoten vorgesehen, der eine
Steuerung aufweist, zwecks Detektion mindestens einer empfangenen
Senderate und Kontrolle und Bereitstellung einer dem Knoten zugeordneten
Senderate. Die Steuerung ist z.B. als programmierter Prozessor ausgeführt.
Beim Synchronisationsvorgang oder im Verbindungsaufbau wird z.B. im
ersten optischen Paket zusätzlich zur Adresse des Knotens eine Information
über die Senderate mit übertragen. Der Empfangsknoten detektiert sowohl
seine Adresse als auch die Senderate und stellt seinen Empfänger auf einen
Datenempfang mit einer Empfangsrate ein, die der detektierten Senderate
entspricht.
Im folgenden wird ein zugehöriges Verfahren zum Übertragen von OCDM-Signalen
beschrieben:
Knoten eines OCDM-Systems werden unterschiedliche Senderaten zur
Aussendung von optischen Paketen zugeordnet. Dies kann zentral oder
dezentral bei der Initialisierung oder dynamisch bei Verbindungsaufbau
geschehen. Jeder Knoten sendet optische Pakete mit zu übertragenden
Daten mit der ihm zugeordneten Senderate aus. Die Aussendung erfolgt in
einem optischen Kanal, der dem Knoten zugeordnet ist. Beispielsweise sind
fünf Knoten in einer Ringstruktur über optische Leitungen derart
zusammengeschaltet, dass jeder Knoten optische Signale zu jedem anderen
Knoten senden kann. Es sind beispielsweise fünf optische Kanäle zur
Übertragung von Informationen vorgesehen. Jeder Knoten ist derart
ausgestaltet, dass er einen dieser optischen Kanäle als Sendekanal und vier
weitere als Empfangskanäle verwendet. Jeder Knoten hat einen anderen
Sendekanal. Zusätzlich zu den unterschiedlichen Kanälen sind fünf
unterschiedliche Senderaten vergeben. Dem ersten optischen Kanal ist z.B.
die erste Senderate zugewiesen, dem zweiten optischen Kanal die zweite
Senderate, usw. Bei dieser fixen Vergabe sendet der erste Knoten optische
Signale im ersten optischen Kanal, wobei die darin enthaltenen optische
Pakete mit der ersten Senderate ausgesandt werden. Im zweiten bis vierten
Knoten ist die Information, dass dem ersten Kanal die erste Senderate
zugeordnet ist gespeichert. Die Information wird z.B. durch ein
Netzwerkmanagementsystem bereitgestellt oder durch einen zentralen
Knoten. Somit erfolgt z.B. im fünften Knoten der Empfang von optischen
Signalen im ersten optischen Kanal mit einer ersten Empfangsrate, die der
ersten Senderate entspricht, im zweiten optischen Kanal mit einer zweiten
Empfangsrate, die der zweiten Senderate entspricht, usw.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für jeden Knoten
im OCDM-System eine minimale Senderate vorgesehen. Jeder Knoten
sendet dann mit seiner individuellen Senderate optische Pakete, die wenn
keine Nutzinformationen vorhanden sind Testsignale oder ähnliches
enthalten. Für den Fall der Aussendung von Nutzinformationen kann die
Senderate erhöht, im Fall von Testsignalen erniedrigt werden, so dass eine
adaptive Einstellung, z.B. gesteuert durchs Netzwerkmanagement erfolgt,
die mögliche auftretende Interferenzen minimiert. Vorteilhaft wirkt sich
ferner aus, dass durch ein stetes Senden Drifts von Bauteilen vermieden
werden. Drifts sind z.B. Wellenlängendrifts wenn es sich um Netze mit
Laserquellen handelt. Ferner erhalten vorhandene Regelschleifen stets ein
zumindest quasi-kontinuierliches Signal, das eine Regelung ermöglicht. Des
weiteren kann eine minimale Übertragungskapazität pro Kanal garantiert
werden wenn die Senderaten entsprechend niedrig gewählt werden.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht darin, über die Senderate
einen Quality of Service (QoS) zu variieren bzw. einzustellen. Ein höherer
bzw. sicherer Durchsatz kann erzielt werden durch eine Erhöhung einer
individuellen Senderate in einem optischen Kanal, ggf. bei gleichzeitiger
Reduzierung der Senderaten in anderen Kanälen. Der zentrale Knoten oder
das Netzwerkmanagement kann durch einen geeigneten Algorithmus die
Steuerung dieser QoS Variationen übernehmen. Der zentrale Knoten oder
das Netzwerkmanagement ist geeignet, die Senderaten für einzelne Knoten
während des Betriebs dynamisch zu variieren, um verschiedene QoS-Klassen
einzustellen. Einem Knoten können auch zwei oder mehr
Senderaten zur Übertragung unterschiedlicher QoS-Klassen zugewiesen
werden.
Anstelle bei einem OCDM-System ist die Erfindung auch bei einem WDModer
DWDM-System anwendbar, WDM = Wavelength Division Multiplex,
DWDM = Dense WDM. Die Senderaten für optische Pakete, die von Knoten
auf unterschiedlichen Wellenlängen ausgesandt werden, werden wie oben
beschrieben den Knoten zugeordnet, z.B. mittels zentraler Vergabe im
Verhältnis von Primzahlen oder einem anderen Verhältnis, wobei die
Senderaten nicht zu unterschiedlich sein sollten, mittels Zufallsgeneratoren,
die Sendezeitpunkte für einzelne Knoten generieren oder mittels geeigneten
Detektoren, die den Zustand der optischen Leitung überprüfen und einen
freien Zeitschlitz zur Aussendung von optischen Paketen verwenden.